Physiker entdecken das Geheimnis der Quantenfernsteuerung

Teleportation ist eines der außergewöhnlichsten Phänomene in der Quantenwelt. Es ermöglicht einem Quantenobjekt wie einem Photon oder Elektron, von einem Ort zum anderen zu reisen, ohne den Raum dazwischen zu durchqueren.

Teleportation ist ein Standardverfahren in jedem anständigen Quantenmechaniklabor. Physiker verwenden es täglich für die Quantenkommunikation und Quantenberechnung.



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Wenn das exotisch klingt, haben Sie noch nichts gesehen; Teleportation wird noch viel seltsamer. Denn bisher konnten Physiker nur einzelne Teilchen nacheinander teleportieren. Heute sagen Christine Muschik im Mediterranean Technology Park in Barcelona und ein paar Freunde, dass sie herausgefunden haben, wie man Quantenmaterial kontinuierlich teleportieren kann.

Auf diese Weise können sie ein Quantenteilchen manipulieren, während sie beobachten, wie die Effekte in einem anderen Teilchen anderswo auftreten. Das ist im Wesentlichen Quantenfernsteuerung.

Das Grundsetup ist eine unkomplizierte Erweiterung der traditionellen Teleportation. Dies ist aufgrund eines seltsamen Quantenphänomens möglich, das als Verschränkung bekannt ist und auftritt, wenn zwei Quantenteilchen so tief miteinander verbunden sind, dass sie dieselbe Existenz teilen.

Mathematisch werden beide Teilchen durch eine einzige Wellenfunktion beschrieben. So beeinflusst jede Manipulation eines Partikels automatisch das andere, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen.

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Teleportation tritt auf, wenn das erste dieser verschränkten Teilchen mit einem anderen Quantenteilchen interagiert, nennen wir es X. Diese Wechselwirkung beeinflusst sofort den Zustand des zweiten verschränkten Teilchens.

Der Trick, den die Physiker perfektioniert haben, besteht darin, diese Wechselwirkung so zu gestalten, dass das zweite verschränkte Teilchen im selben Zustand landet wie das Quantenteilchen namens X. Dies ist nicht nur ein sehr ähnlicher Zustand, sondern ein identischer Zustand – keine Messung könnte unterscheiden dieses Partikel aus dem ursprünglichen X. Wenn dies passiert, wurde X teleportiert.

Die neue Technik funktioniert ähnlich. Zunächst erzeugen Physiker ein Paar verschränkter Teilchen. Dann setzen sie ein Teilchen in ein sich änderndes Magnetfeld, um seinen Zustand zu beeinflussen.

Der neue Trick, den sie entdeckt haben, besteht darin, dieses Experiment so zu gestalten, dass die Manipulation des ersten Teilchens dazu führt, dass sich der Zustand seines verschränkten Partners in gleicher Weise ändert.

Mit anderen Worten, sie nutzen das Magnetfeld in einer Region des Weltraums, um den Zustand eines Teilchens an einer anderen Stelle im Weltraum kontinuierlich zu kontrollieren. Oder wie Muschick und Co es formulieren: Wir zeigen, wie die Fähigkeit, Quantenoperationen kontinuierlich und deterministisch durchzuführen, genutzt werden kann, um nichtlokale Dynamiken zwischen zwei getrennten Parteien zu induzieren.

Die neue Technik basiert auf einem subtilen Trick. Physiker wissen seit langem, dass Verschränkung eine zerbrechliche Sache ist – eine Messung an einem der Paare zerstört die Verbindung zwischen ihnen, weshalb Physiker nur einzelne Teilchen nacheinander teleportieren konnten.

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Tatsächlich ist dies ein allgemeines Problem in der Quantenwelt – Niesen und Sie zerstören die Quantennatur des Systems, das Sie studieren.

In den letzten Jahren haben Physiker jedoch entdeckt, wie man Quantenobjekte manipulieren kann, ohne ihre Quantennatur zu zerstören. Der Trick besteht darin, sie ganz sanft zu stupsen. Dies kontinuierlich zu tun, führt schließlich zu einer signifikanten Änderung, während die Quanteneigenschaften des Systems erhalten bleiben.

Der Durchbruch, den Muschik und Co. geschafft haben, besteht darin, herauszufinden, wie man die gleiche Art von sanften Stößen an einem verwickelten System ausführt, was sofort zur Quantenfernsteuerung führt.

Das ist eine interessante und potenziell wichtige Entwicklung mit einer Einschränkung – die neue Arbeit ist rein theoretisch. Es scheint jedoch keinen Grund zu geben, warum die Quantenfernsteuerung nicht gerade in einem anständigen Quantenoptiklabor versucht werden könnte. Tatsächlich haben verschiedene Mitglieder dieses Teams Zugriff auf genau die Art von Einrichtungen, mit denen die Idee getestet werden könnte.

Es ist kaum zu glauben, dass diese Jungs nicht ein paar Stunden damit verbracht haben, an Spiegeln und Objektivtüchern herumzufummeln, um dies zum Laufen zu bringen. Vielleicht können wir also einigermaßen optimistisch sein, die experimentelle Verifizierung eher früher als später zu sehen.

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Eine interessantere Frage ist, welchen Nutzen die Quantenfernbedienung haben könnte. Die Fähigkeit, den Zustand von Quantenobjekten aus der Ferne zu kontrollieren, dürfte große Anwendungen haben. Vielleicht möchten die Leser dieses Blogs einige davon im Kommentarbereich unten vorschlagen.

Ref: arxiv.org/abs/1304.0319 : Quantenteleportation von Dynamiken und effektiven Interaktionen zwischen entfernten Systemen

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